Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu mô hình tính toán kết cấu dẫn nước dạng giàn ống bằng thép

LOI CAM DOAN

Họ tên học viên ĐÔ VĂN CHIẾNLớp cao học 23CH

“Chuyên ngành y đựng Công trình ThủyTên dé tài luận vin

*Nghiên cứu mô hình inh toán kết cầu dẫn nước dang giàn ống bằng thép”“ác gi xin cam đoan đỀ ti luận văn hoàn toàn do tác gid lâm, những kết quả nghiên

cửa tính toán trung thực Trong qué tinh làm luận văn tác giả có tham khảo các tải

liệiên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính chính xác của đề ti, Tác giảkhông sao chép từ bit kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tác ii xin chịu trích nhiệmtrước Khoa vả Nhà trưởng.

Ha Nội, ngày 29 thắng 09 năm 2017“Tác giả luận vẫn.

"Đỗ Văn Chiến

LỜI CẢM ON

Luận văn thge sĩ: *Nghiên cứu mô hình tính toán kết cầu dẫn nước dang giàn ốngbằng thép” đã được tá gia hoàn thành đúng thôi hạn quy định và dim bảo diy đủ cácyéu cầu trong để cương được phê đuyệt

Trong qua trinh thực hiện, nhờ sự giúp đỡ tận tỉnh của các thiy giáo Trường Đại hoeThuy Lợi, các công ty tư vin và đồng nghiệp, ác giả đã hoàn thành luận văn này,

“ác giá chân thành biết ơn PGS TS, Vũ Hoàng Hưng Trường bộ môn Kết Cấu Công“Trinh - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận nh hướng dẫn giúp đỡ để te gi hoàn thành

Tác giá chân thành cảm ơn các thiy giáo cô giáo đã tận ty giảng dạy tác giả trong

suốt quả trình học Đại học và Cao học tại Trường Đại học Thuỷ Lợi.

Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, luậnvăn này không thể tránh khỏi những tồn tại, tác giả mong nhận được những ý kiếnđông góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, các anh chị em và bạn bề đồng,

nghiệp Tác giả rét mong muốn những vin dé còn tổn tại sẽ được tác giá phát triển ở

mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần ứng dụng những kién thức khoa học vào phục vụđời sống sản xuất

Xin chân thành cảm ơn!

Ha Nội, ngày 29 thủng 09 năm 2017“Tác giả luận vẫn

"Đỗ Văn Chiến

2.1, Phần mềm SAPB09, cá sneirrrrrrrrreoorE2.11 Khái quát vẻ phần mém SAP2009 seo.

212 Mish dim en chủ ý kh xử dụng phận mềm SAP2O00 phân ích wang áiứng suất và biển dang kết edu dẫn nước "

2.1.3, Các bước tính toán bằng SAP2000 1s22, Tínhtointốiu " cool

2.2.1, Định nghĩ tối ưu 16

2.2.2 Các tiêu chi ti wu 7

23 Nghiên edu két edu dẫn use dạn gin ng thép en 242.3.1, Tai wong ác dụng lên két edu dẫn nước dang giản dng thép 242.3.2 Phương pháp tính toán kết ấu dẫn nước dạng ống thp 2Š3.3.3 Những vấn đề clin nghiên cứu 352.4, Tin todn ti ưu kết edu thép bằng SAP2000 162.4.1 Phương pháp thiết kể tối vu kết cầu trong SAP3001, 26

2.4.2 Các bước tính toán tối ưu các kết cấu cơ bản dằm, khung -28

25, Kế luận Chương2 56

3.3 Lựa chọn các hình thức kết cấu dẫn nước co ST

3.22 Phương dn ết eu dẫn nước bề tông cốt th hung 38

3.2.3 Phương án ông thép được đỡ bằng giản thép "¬ 38

3.3.4 Đề xuất phương án nghiên cứu, " s59

3.3 Tn ton tụ và hâm Ích kế hu vận chyén nước dạn gần ôn bing tp

435 Két ludn Chuong 3 7KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ, 88

“TÀI LIEU THAM KHẢO _ "

-Hình 1.1 Sơ đồ mặt cắt dọc kết cấu dẫn nước thông thường

in 1.2 Các mặt cất ngang thân mắng

Hình 1.3 Kết cấu kết ấu din nước bằng thép ông tran kết hợp làm giàn thé.

Tình 14 Sơ đồ bổ tr trụ đỡ kiểu công xôn kép

Tình 1.5 Kết edu dẫn nước bề tông cốt thép sử đụng sơ đỗ dim đờ kiểu công xôn képHình 1.6 Gối đỡ kết cầu dẫn nước kiểu vòm (a) và kiếm vom treo (b)

Hình 1.7 Hình ảnh kết cầu dẫn nước dạng vòm,Hình 1ssỗi đỡ

Hình 1.9 Các kiêu trụ đ.

Hình 1.10 Ông thếp đặt rực tiếp lên trụ

Hình 1.11 Ong thép được gi cường bing ác sườn đọc và ngangHình 1.12 Ông thép li một bộ phận của gin chịu lực

Hình 1.13 Ông thép được đặttrên m8 trụ cầu giao thông

Hình 1.14 Ông thép được đặt trên bản mặt cầu bê tông cốt

Hình 1.15 Ông thép được đặt trên giản bể tông cốt thépTình 1.16 Kết cấu giàn đỡ ông

Hình 1.17 Đường ống dẫn nước s

Hình 2.1 Tuyển tính hóa him AC),

Hình 22 Sơ đồ tính toán giản phẳng

Hình 2.3 Dường quan hệ giữa trọng lượng và mômen déoHình 24 Sơ đồ cơ cầu phá hủy dé.

Hình 25 Xác định nghiệm tối ưu bằng đồ th.Hình 2.6 Sơ đồ tính toán dim

inh 2.7 Mô hình hóa dim

Tình 2.8 AUTOI là nhóm các số hiệu tết điện đ ự động chọn cho dim

Hình 2.9 Gan ác it diện chọn tự động cho dimHình 2.10 Lệnh hiển thị kết quả thiết kế dim,

Hình 2.11 Hiển thị tiết diện thiết kế cho dã

inh 2.12 Hệ số ứng suất của dim ứng với it điện phân ch.

sông Đà sử dụng kết cầu giản thép đỡ ông.

3

Hình 2.15 Sodinh toán khung.

Hình 2.16 Sơ đỏ tinh toán khung với các tiết điện dim, cột chọn sơ bộ.Hình 2.17 Lệnh hiển thị hệsố ứng suất

Hình 2.18 Hệ sổ ứng suất ứng với các Ht diện chọn sơ bộ,Hình 2.19 Xuất hệsố ứng su

Hình 220 Hin th các phn tử có hệ sổ sử đụng vật liệu k >1.Hình 2.21 Hiển thị các phần tử có hg sổ sử dụng vật liệu k >1.

Hình 2.28 Hệ số ứng suất ứng với it diện thiết kể

diện phân tích

điện thiết K

Hình 2.29 Hiền thị tiết điện chọn cuối cùng

Hình 2.30 Hệ sổ ứng suất ứng với các it điện thiết kếHình 231 Sơ đồ tính toín giàn phẳng

Hình 2.32 Mô hình tính toán giản '

High 339 Hệ sử dụng vat ga của các ha giản

Hình 2.34 Danh sách thép ông vuông AUTO-CT chọn tự động cho cánh thượng và

thép ông tên AUTO-CH chọn tự động cho cảnh hạ

Hinh 2.19 Danh sch tp ông chọnự động cho anh bụng giữa AUTO-BG và thanhbung ở đều AUTO-BD

Hình 2.36 Sơ đ tiết diện phân tích của các thanh giản

Hình 2.37 Hệ s sử dụng vật liệu trên cơ sở tế điện phân tíchHình 2.38 So đồ tết điện thiết kế của các thanh giản.

Hình 2.39 Hệ số sử dụng vật liệu ứng với tiết diện thiết ke.

Hình 2.40 Gần iên kết khớp vào hai đầu các phần từ thanhHình 3⁄41 Mô hình gn có các pin từ thanh nt khớp

Hình 2.42 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện phân tích

Hình 2.43 Hệ s ứng suất ứng vớ tiết diện thiết kếHình 3.1 Kết edu dẫn nước kiễu giản liên tụ 3 nhịpHình 32 Mặt cắt ngang thân kết cần dẫn nước

Hình 3.3 Kết cấu dẫn nước bê tông cốt thép nhịp đơn dài 18 [m]

58

Hình 3.4 Mặt bằng cánh hạ giản và ống dẫn nước, 39Hình 3.5 Gin đỡ ông thép 39Hình 36 Phương án ống thép (nhịp giản thứ 1) _)Hình 37 Phương án 2 ông thép (nhịp giản thứ 1) 6inh 38, Kết cấu dẫn nước ki giàn liên ye 3 nhịp 6tTình 3.9 Kết cấu nhịp thứ Ì 6Hình 3.10 Mat et ngang thin ké cấu dẫn nước otinh 3.11 Sơ đỗ ALN tác dụng lên kết edu din nước nhịp thứ Ì aHình 3.12 Mặt eit A-A và sơ đồ áp lực gió ngang “

Hình 3.13 Biểu đỗ lực dọc P toàn nhịp 6Hình 3.14 Biểu đồ mô men uốn M3 toàn nhịp 66

Hình 3.15 Hệ số sử đụng vậtiệu nhịp thi 1 66Hình 3.16 Hệ số sử dụng vật liệu thanh cánh hg D1000x10 [mm] tại nhịp th 1 69

Hình 3.17 Hệ số sử dụng vật liệu thanh cánh thượng tại nhịp thứ 1 70Hình 3 15 TẾ diệ tối wu cho hanh cảnh thượng 70

Hình 3.19 Hệ số sử dung vật Ligu thanh bụng gi và các thanh nỗi giữa 2 thanh cánhhạ ta nhịp thứ Ì 7

Hình 3.20 Tiết diện tối ưu cho thanh bụng giản vả các thanh nỗi gita 2 thanh cánh hạtại nhịp số I 2

Hình 3.21 Tid dig ti ưu cho ác thanh giàn cho nhịp thứ 1 B

Hình 322 Tiết điện tối ưu cho các thanh gin cho nhịp thứ 2 2B

in 3.23 TiEtdign ti uu cho các than giàn cho nhịp thi 3 BHình 3.24 Biểu đồ chuyển vị do THỊ T4

Hình 3.25 Kết cấu dẫn nước kiểu giản liên tục 3 nhịp 7Hình 3.26 Kết cấu nhịp thứ nhất 15Hình 3.27 Mặt bằng giản nồi thanh cánh thượng nhịp thứ nhất 1

Hình 3.28 Sơ đồ ALN tác dụng lên kết cấu dẫn nước nhịp thứ 1 16

Hình 3.29 Mặt cắt ngang thin kết cầu dẫn nước 16Tình 3.30 Kết cầu giản gỗi và sơ đỗ áp lực gi ngang n

Hình 3.31 Biểu dé lực dọc P nhịp số 1 80

Hình 3.32 Biểu đồ gi tị lực đạc lớn nhất nhịp số 1 80

Hình 3.33 Biểu đổ mô men uốn M3 nhịp 361 a

Hình 3.36 Hệ số sử dụng vật liệu thanh cánh thượng D300x8 [mm] nhịp số 1

Hình 3.37 Hệ số sử dụng vật liệu thanh D200x8 fram] nhịp s 1Hình 3.38 Biểu đồ chuyên vị nhịp giản thứ 1

Hình 3.39 Biểu đồ chuyên v nhịp giản thứ 2

Hình 3.40 Biểu đổ chuyển vị nhịp giản thứ 3

85$6

DANH MỤC CÁC BANG BIEU

Bảng 2.1 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện phân tích

Bảng 2.2 Hệ số sử dụng vt iu ứng với các tết diện tt kểBảng 2.3 Phan lực khung ứng với phương án tide k ti

Bảng 2.4 Phản lực khung ứng với phương án tiết diện chọn.

Bảng 2.5 Trọng lượng của khuứng với 2 phương án chọn tiết diện khung.

Bảng 2.6 Hệ số sử dụng vật liệu ứng với tiết diện chọn sơ bộ.Bảng 2.7 Hệ số ứng suất ứng với tết điện thiết kế

Bảng 2.8 Hệ số ứng suất ứng với tiết điện thiết kếdin nướcBảng 3.1 Trọng lượng bản thân kết cất

Bảng 3.2 Tổng áp lực nước tác dụng lên mắng

Bing 3.3 Tổng dp lve giố ngang tác dụng lên mắng

Bang 3.4 Hệ số sử dụng vật liệu thanh cánh hạ D1000 L0 [mm] tại nhịp thứ 1,

Bảng 3.5 Hệ số sử dụng vật liệu thanh cánh thượng D300x8 [mm] ti nhịp số

'Đ200x8 [mm] tại nhịp số 1

Bảng 3.7 Hệ số sử dụng vật liệu thanh cánh hạ D1000x10 [mm] tại nhịp thứ L

Bảng 3.8 Hệ số sử dụng vật liệu thanh cánh thượng tại nhịp thứ 1

70Bảng 3.9 Hệ số sử dụng vit iu thanh bụng giản và ác thanh nối giữa 2 thanh cánh bạ

tại nhịp thứ |

Bảng 3.10 Chuyển vị ti giữa nhịp Ì và nhịp 2.

Bảng 3.11 Trọng lượng bản thin máng

"Bảng 3.12 Tổng áp lực nước tác dụng lê két clu dẫn nước

Bảng 3.13 Tổng áp le gid ngang tác dung lên mắng

`

MỠ ĐẦU

1 Tính cắp thiết của ĐỀ tài

Kết cấu dẫn nước là công tinh thưởng gặp trong công tinh thủy li, thủy điện dũng đểdẫn nước khi vượt qua các dia hình như thung lũng, sông, subi Khi ein vượt qua cácnip quá lớn, kết cầu dẫn nước bê tông cốt thép hoặc xi mang lưới thép ứng suất trước

không dip ứng được hoặc xem xét thay thé xi phông, nhất là khi không có yêu cầu kết

hợp giao thông, thì kết cầu dẫn nước dang giàn ống bing thép nhịp lớn là kết cầu cầnđược xem xét và có ý nghĩa lớn trong thực tiễn,

Trong luận văn này túc giá chọn kết cu dẫn nước dạng giản ống bằng thép dùng đểchuyển nước, các thanh còn lại cũng bằng thép dng tạo thành kết edu dạng giàn ống cóthể vượt qua được các nhịp Kin, During kinh thanh ein hạ được chọn theo yêu cầuvận chuyển nước, các thanh edn lại được thiết kế theo lý thuyết tính toán ối uu.

2 Mục tiêu nghiên cứu.

"Nghiên cứu mô hình tinh toán kết cầu dẫn nước dạng giản ống bằng thép ống trong đó.sử dụng chức năng thiết kế tối uu kết cấu thép trong phần mềm SAP2000 để chọn kíchthước các thanh gi thỏa mãn về yêu cầu trong lượng nhỏ nhit; cường độ và độ cứng

được tt nhất

3 Đổi tượng và phạm vỉ nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết tinh toán thiết kế tối ưu kết cấu thép dạng giàn ống nhịp lớn.SAP2000 trên cơ sở mô hình tính toán bằng phương pháp phản tử.trong phần més

cận và phương pháp nghiên cứu

“Xây dựng được mô bình tính toán kết cầu dẫn nước dạng giản ông bằng thép nhịp lớn.

theo lý thuyết tinh toán tối ưu có thé giảm được mồ trụ, giảm được vốn dầu tư xây,dung công trinh và áp dụng tính toán cho một công trình cụ thể.

'CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE KET CAU DAN NƯỚC DANG ONG

1.1 Khái quát về kết edu dẫn nude1.1.1 Khái quất chung

Kết cấu din nước là kết cấu thường gặp tong công tinh thủy lợi, (hủy điện Trongnhững trường hợp kênh dẫn phải vượt qua thung lãng, sông suối c thể dùng phườngấn kết cầu nước để đảm bảo việc dẫn nước trong kênh [4] Với cầu máng bê tông

cốt thép thông thường nhịp cầu máng dang dim đơn chỉ vào khoảng từ 10 [m] đến 15

Tm], hi sử đụng thêm kết cầu ứng suất trước thì nhịp kết cfu din nước có thể tăng lên

ố lượng các gỗi đỡ, đặc biệt có hignói chung không quá 30 [m] Để giảm được quê

khi cầu mảng cin vượt qua các khe vách núi sâu, hiểm trở không bé tri được các mỗgiữa, cần nghiên cứu sử dụng kết cầu cầu máng dang giản ống bằng thép nhịp lớn.

“Thân máng làm nhiệm vụ chuyển nước, mặt cắt ngang dang chữ nhật, bin nguyệt,parabol, chữ U hoặc hình tròn Vật liệu được ding để xây dựng máng có thể là 43,tich đã xây, bể tông cốt thếp, xi măng lưới thép hoặc thép Tiết diện mang phải đủ để

chuyển nước, độ nhắm nhỏ trinh tổn thất cột nước, vit liệu thân máng phải bằn vi it

thắm nước,

“Chọn hình thức mặt cắt ngang thân máng phải dựa vào tinh toán thủy lực, vật iệu lâmthân máng, hình thức kết cấu trụ đỡ, đoạn nối tip cửa vào và cửa rà

Kết cấu din nude bằng thép ống tin kết hợp làm giàn thếp có khả năng chịu lự ttthôn mãn yêu cầu đồng thời về chịu lực và cầu tạo cũng như tối ưu về mặt rong lượng

^ =

at ' La

inh 14 Sơ đồ bổ tr trụ đỡ kiểu công xôn kép

Kết cấu dẫn nước dựa vio gối đỡ theo nhiều hình thức, uy theo tinh hình cụ thể màlựa chọn Có thể chỉ kế hai đầu vio bờ theo hình thức g6i tự do, Máng có thé đặttực tấp tin gi đỡ (nh 1.68 hoe rên hệ Đông i de (Hình 1.6, Tường hapkết cấu din nước vượt qua lòng sông sâu và không rộng, nước chảy lại kh xi

bai bờ tốt, vẫn có thể ding

(tình 1.63), Trường hợp địa

th thức dim lê tụ và ác gối đồ tựa trên một vòng vomhai bên bờ yếu, dùng hình thức vòm treo (Hình 1.66)để giảm lực truyền cho hai bờ Lúc 46 thành mắng chịu kế theo phương đứng

Hình 1.5 Kết cầu din nước bê tông cbt thép sử dung sơ đô dầm đỡ kiêu công xôn kép.

Gói đỡ thân máng gồm có gối đỡ ở bên (mô bên) và gỗi đỡ ở giữa (ar giữa) Mồ bênthường ding kiểu trọng lực (Hình 1.8), còn trụ gita khỉ chiễu cao trụ không lớn cũng,hay ding kiểu trọng lực, khi chiễu cao của trụ lớn thường dùng kiểu khung hoặc kiểuhồn họp

: Hình 1.8 Kết efu gối đỡ ¬

1 Mé biên kiểu trong le; 2 Cửa vào; 3 Thân máng; 4 Phin đt i

3 Thiết bj thoát nước; 6 Mặt đắt tự nhiền; 7 Trụ gita

“Trụ giữa kiểu trong lực có thé bằng gạch xây, bing đá xây hoặc bê tông, thường dùng.66 các trụ có chiều cao dưới 10 [m], trọng lượng bản thân của trụ kiểu trọng lựcthường rit I1, do đố đỏi hỏi nên phải có sức chịu tải lớn (Hình 1.9) Trụ đỡ kiểukhung có hai lo: khung đơn và khung kép, khung don thường dùng cho các trụ cao

đưới 15 [m] (Hình 1.9), côn trụ kép thường dùng khi các trụ có chiều cao từ 1S [m]đến 20 [m] (Hình 1.96) Móng của mổ và trụ có thể đặt trực iế lên nên tự nhiên, khinên yến o6 thểđặtrên nén cọc

Ll Ki ước dang ống thépLIA, Khải quất chung

Kết cầu dn nước bằng thép ống thường dùng để dẫn chit khí hay chit long cổ átrong trường hợp dẫn nước có áp này dùng giàn iên tục có chiều đãi nhịp bằng khoảngcách trung tâm giữa hai trụ cầu Mặt cắt ngang kết edu dẫn nước chọn 2 ông dẫn nướchoặc 1 dng dẫn nước thòa mãn điều kiện lưu lượng Thanh cảnh hạ của giản, cảnhthượng và các thanh bụng giàn cũng ding thép ống có đường kính chọn sao cho trong

lượng của giản là nhỏ nhất, đồng thời thỏa mãn yêu cầu về chịu lực và cấu go.

din nước dạng ống thép tròn có ưu điểm là bảo đảm tốt các yêu cầu thủy lực.

nnên tổn thất cột nước qua công trình khả nhỏ Việc xây dựng, quản lý tương đối đễ

dàng, thuận lợi hơn nữa khi thi công kết cầu dẫn nước ống thép tương đối nhanh và

thấm mỹ Ngoài ra kết cầu dẫn nước ống thép có thé gác trên các mé hoặc trụ cầu giao.thông hoặc đặt rực tiếp trên mặt cầu giao thông mà không ảnh hưởng đến kết cấuchung hoặc làm mé và trụ kích thước không lớn khi vượt địa hình hiểm tr.

1.1.4.2 Các hình thức kết ấn din nuốc dạng ống thép

Khi nhịp ông thép Không lớn có thể đặt trực tiếp ông thép lên mổ trụ (Hình 1.10), binthân ông thép làm việc như kết cầu dim liên tục tế điện tròn

ĐỀ tăng cường khả năng chịu lục của ống thép, bên ngoài ông thép có thể hàn thêmsắc sườn gia cường dọc và ngang (Hình 1.11) Ngoài ra có thé coi ống thép là một bộ

Hình 1.12 Ong thép là một bộ phan của giàn chịu lục

Khi có yêu cầu về giao thông nên kết hợp trên mồ trụ cầu để giảm chi phí đầu tư

đựng công trình (Hình 1,13) Ngoài ra có thể đặt trực tiếp lên bản mặt cầu bê tông cốt

thép (Hình 1.14) hoặc giản bê tông cốt thép (Hình 1.15)

Hình 114 Ong thép được đặt tên bản mật cu bê ông côi thếp

Hình 1.15 Ong thép được đặt trên giàn bê tông cot thép.

Khi ống thép vượt qua nhịp đặc biệt lớn và đường kính ống thép lớn không nên cho

1.2 Kết luận Chương 1

1 Vin đề tổng hợp, lợi dung nguồn nước là một bài toán tổng hợp cho các nhà quảnlý, thiết kế, xây đựng thủy lợi thủy điện Trong đó hệ thông kênh và công trình trênkênh đồng vai trồ quan trọng như huyết mach trong các hệ thống thủy lợi Việc nh

toán thiết kế, xây dựng kênh va công trình trên kênh phụ thuộc vào điều kiện địa hình,địa chất

2 Với cde ving có điều kiện địa hình phức tạp như các tỉnh min núi phía Bắc, các

tinh Tây Nguyên hệ thẳng kênh thường đi qua các vùng có địa hình phức tạp như:

sông, suốt, thung lũng sâu và hep tì việc sử dụng kết cấu dẫn nước luôn là lựa chọnsố một của các nha thiết kế vì các tinh năng ưu việt của nó,

3 Các công trình thủy lợi lớn nhỏ ở nước ta hầu hết đều có sử dụng kết cầu dẫn nước,vige sử dụng kết cầu dẫn nước dem lại hiệu quả kính tế và ky thuật.

theo4, Có nhiều loại kết cấu dẫn nước đã được nghiên cứu và sử dụng trong thực t

ết cầu dẫn nu

Xã liệu sử dụng có kết cầu dẫn nước bằng gỗ; bằng gạch; kết cấu dẫnnước bằng đá xây; kết cấu dẫn nước bé tông cốt thép; kết cấu dẫn nước xi mang lướithép võ mông; kết cầu dẫn nước giản ống bằng thép, Theo hình thức kết cấu có sơ đồkết cầu dẫn nước cỏ mặt cắt hình tron, kết cấu dẫn nước có thanh

cánh thượng, thanh cánh hạ và thanh bụng tạo thành giản thép.

5, Tùy theo điều kiện và yêu cầu của từng công trình cụ th, chúng ta sử dụng loại kếtclu dẫn nước cho phi hợp để đảm bảo điều kiện kinh tế và ky thuật

CHUONG 2: TỎI ƯU KET CAU THÉP BANG PHAN MEM SAP2000

2.1 Phần mềm SAP2000

21 Khái quát về phần mềm SAP2000

Phin mém tính toán kết cấu SAP2000 (Structural Analy

bai công ty CSI (Computer and Structures, Ine) của Hoa Kỳ và nỗi tếng trên phạm vi

Program) được phát triển

toàn cầu Đây là phần mềm mạnh phân tích và hit *u trên cơ sở phương phápphần từ hữu han theo mô hình chuyển vi, Trải qua hơn 30 năm kiém nghiệm phân tíchXết cấu thực tế và không ngừng đổi mới cho phù hợp với sự phát tiễn của phươngpháp phần tử hữu hạn, hiện nay đã phát triển đến phiên bản SAP2000 v19,

21.2 Mật số điứng suất

.$AP2000 phân tích trạng thái

biển dạng kết cầu dẫn mước

2.1.2.1 Phương pháp phan từ hữu han

mtử hữu hạn là phương pháp đang được áp dụng phổ biển hiện nay, vi phường

hấp này rit thuận tiện cho áp dụng máy tính điện từ, cho phép tính toán kết cấu vớinhững sơ đồ tính toán phúc tạp, phản ánh tương đối đầy đã tỉnh hình làm việc của kếtclu thục; cho phép tr động hóa tính chất kết ấu, it kiệm được nhiễu lao động vàthời gian [3]

Các mô hình trong phương pháp phản tử hữu hạn:

~ Mỡ hình tương thích: Ứng với mô hình này người ta biểu diễn gần đúng dang phân

bổ của chuyển vị trong phần từ, Hệ phương tr ih cơ bản của bài toán sử dụng mô hìnhủy được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biển phân Lagrange.

-Mô nh cân bằng: Ứng với mô hình này người a biểu diễn gin đúng dang phân bổcủa ứng suất hay nội lực rong phn tứ, Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụngmmô hình này được thiết Kp trn cơ sở nguyén lý biến phan Castighino.

~ Mô hình hỗn hop: Ứng với mô hình này người ta biểu diễn gần đóng dạng phân bổ,

của cả chuyển vj và ứng suất trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bai toán sử.

cdụng mô hình được thiết lập trên cơ sở nguyễn lý biển phân Reisner-Hellinger.

2.1.2.2 Phương tình cơ bản của phần ử hữu hạn

Phương trình co bản của phương pháp phản tử hữu hạn với mô hình tương thích đượcthiết lập trên cơ sở nguyên lý biển phần Lagrange khi có chuyển vị khả dĩ cho phépcác điều(phù hợp với liên kết của hệ), nếu vật thể ở trạng thái cân bằng và thỏa

kiện biên thi thé năng toàn phần của hệ đạt giá trị đừng:

‘0, Go Veelơ ứng suit va vectơ biển dạng;

thé ich của phn tử vàđiện tích đt ải trọng b& mặt;(Pode (P2): eclơ lực khối và vecto ti trong bé mặt

Voi vậtliệu dan h h, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng như sau:tuyển

œ=D*& 63)“Trong dé:

(ÍÍ[, D8,A.+- [[[, Xi 02.+5=|[ƒ, X; G,.5)=0 26)

hoặc viết dưới dạng:

Ke= Fe= (Fide + (Fe

Trong đó:

Ac- vectơ chuyển vị nút của phần tử;

phương, được xác định theo công thức sau:

ra trận độ cứng va vectơ tải trọng nút của phần từ rong hệ tọa độ dia

{(f, 208.0 G3)

*.=[[[,NF0i).4+ ff, NT (pds (29)Vid công thức (17) cho toàn kết cấu ta được:

K*a G10)

Trong đó:

‘= veetơ chuyển vị nit của kết cầu,

K, F - ma trận độ cứng và veeto tai trọng nút của kết edu trong hệ tọa độ tổngthể, được xác định theo công thúc sau

vĩ tong ma trân độ cứng và vct ti trong nút của kết cấu nhờ ma trận định vị- và được ký hiệu lần lượt là KE và FS

Ma trận độ cứng Ke và vecto tải trong nút F của phần tử trong hệ tọa độ tổng

thể được xác định từ ma trận độ cứng K, và veota tải trong nút Ể, của phần tửtrong hệ tọa độ địa phương nhờ ma trận biển đổi tọa độ Te như sau:

K,<T/KếT, đ-138)

“Trong đó:

cosa sina 0 00 0-sina com 0 0 0 0

o 01 0 00

Te 6-19)

000 cosa sina 0000 -sng cosa 0

o 0 0 0 01

2.1.2.3, Trình tự giải bài toán kết cầu bằng phương pháp phan tie hữu han

"Để tính toán một kết cfu dn hồ tuyển tính theo phương pháp phần từ hữu hạn tương

‘img với mô hình chuyển vị, ta thực hiện theo trình tự sau:

1 Chọn loại và dang hình học của phin tử hữu hạn;

3 Rồi rạc hóa kết cu thành một lưới các phn từ hữu hạn, mức độ thưa mau phụ1 quy định về độ chính xác của kết quả tính toán, Lập véc tơ chuyển

thuộc vào yêu

Vị nút của toàn, rời rac hoa {A} (véc tơ chuyển vi);

3 Giả thiết hàm chuyển vị cho phần tử đã chọn để tính od

4, Lập ma rên độ cứng của các phần từ dưới dạng các công thức đ cổ th ỉnh ma trận

.độ cứng của từng phần từ

6, Xác định véc to ải tương đương (lực nút) của kết ấu rồi rac hóa bằng các tập hợp,sắc véc a ải của từng phần từ Vée tơ tải này tương ứng với véc tơ chuyển vị nút về

9 Xác định nội lực, ứng suất của từng phi từ;

10 Vẽ các biểu dé biều diễn kết quả.

Việt giả bài oán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn có thể thực hiện trên máy,

tính thông qua các phần mm thông dụng như SAP2000, ANSYS, ABAQUS,

2.13 Cúc bước tính trần bằng SAP2000sa Chon hệ đơn vị.

b Mô hình hóa kết cầu từ thư viện kết cấu hay tự vẽĐịnh nghĩa vit iu,

4 Định nghĩa đặc tương hình học của phần từ kết cấu

Định nghĩa ti trong và ổ hợp ải trong

£ Gin đặc trưng hình học vào các phần tứ kết cầu đã mô hình hồ Gần các trường hợp tải trọng vào kết cấu đã m8 hình hóah Đặt tên file bài toán,

4 Chạy chương trình và hiễn thị kết quả tính toán.

14 h toán tối ưu

2.21 Định nghĩa tối wu2211 Đặnvấn đề

Trong những năm gin diy, vin đ thiết kế tố ưu hỏa kết cầu của các công trình thủy6 vai trồ và ý nghĩa quan trọng, nhằm mye dich xác định kích thước hợp lý của kếtclu trên cơ sở đảm bảo đã bn với trọng lượng nhỏ nhất, tương ứng ch phí vật liệu làthấp nhất, không chi cho phép giảm giá thành sản phẩm mã còn ảnh hướng tắt đến cáctính năng của công tình, Trong thực tẾ, kết cầu thường được tinh dya theo các yêu cầntrong các Quy phạm, ty nhiên các công thức Quy phạm, mặc dù xây dụng rên cơ sởlý thuyết kết hợp với thực nghiệm, nhưng không thể phần ánh hết các điều kiện nơi kếtsấu hoại động nên tinh theo phương pháp này thường phải chấp nhận tốn kém vật liệu

và tăng trong lượng kết cfu vi bản thân kết cấu chưa ở dang hợp lý nhất Vì th bãivon thiết kế ti ru kết cầu nói chung và kết cầu thép nói riêng mang tính cắp thiết

221.2 Dink ghia ti ww

“Tối ưu được định nghĩa là quá trinh tìm kiếm him mục tiêu lớn nhất hoặc nhỏ nhất

‘mong muốn trong khi vẫn đáp ứng được các điều kiện ring buộc ban đầu Trong mọi

giai đoạn của xây dựng, thiết kế và bảo wi các hệ thống L các kỹ sư phải đưa ra

cquyết định công nghệ và quan lý nhất định Mục tiêu cuối cũng của tắt cả các quyết

định đó hoặc là để tối thiểu các hiệu quả của kết cu, đạt giá tr lớn nhất lợi ch mongmuốn Để dat một trong những mục tiêu này rong bắt kỷ tình hudng nào có thể đượcthể hiện như là một him toán học của một số biển thiết kế.

“Tối ưu cũng có thể được định nghĩa như là qué trình tìm kiểm các diều kiện cung cấp,cho các giá trị tối da hoặc t thiểu của một hâm mục tiêu

he vậy: Ti ưu là tìm giả trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất của một hằm n biển fo)với là một số nguyên dương

Bài toán: Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm f(x): x là ve tơ n biển = ( xi, Xó, Xe ) vớiđiều kiện

= f(x) i hàm mục tiêu cần im gii tỉ mi;

= 5) bit đẳng thức rằng buộc;

= n(x) là đẳng thức rằng buộc;

Tối ow hỏa Kết cấu: Là đưa ra một kết clu tốt nhất nhằm cải thiện và năng cao tínhnăng làm việc của kết cầu đó khi nó chịu tác dụng của ải tong, ứng suất và các điềuign khác Kỹ thuật tối ưu hóa là đóng vai trỏ quan tong trong các tiết kế kết cấumục đích của nó là tìm ra các thiết kế ốt nhất đảm bảo độ tin cậy cao nhắc Tôi ưu hóakết cầu cũng giải quyết bù toán cũ tối

22“Các tiu chỉ tối ưu:

- Tối ưu về trong lượng

~ Tối ưu kết cầu hệ thanh trong giai đoạn đàn hoi.~ Tối uu kết cầu hệ thanh trong giải đoạn chy dé.

2.2.3 Quy trình dé đạt tối wu

2.23.1 Quy trình tối wu về trọng lượng.

“rong thết kế thực t ngoài bài toán kiểm tr chúng ta côn gặp bãi toần xác định kích

thước can thiết của tiết diện các phan từ kết cau đã cho ứng với một hệ tải trọng đã.biết, sao cho thỏa mãn điều kiện cường độ, điều kiện độ cứng và sử dụng vật liệu it

nhất, đây là bài toán thiết kế tối ru kết cầu về mặt trọng lượng.

Hàm mye tiêu và các ring buộc: Trong tinh toán tối ưu kết cấu him mye tiêu thườngbiểu tị các đại lượng cần cục tiêu hóa như trong lượng, thé ích, giả thành của kếtclu, Các điều kiên răng buộc đưới dang ding thúc thường là các điều kiện cân bằng,

các điềubiến dạng liên tục Các di u kiện rằng buộc dưới dạng bat đẳng thứcthường là các điều kiện về độ bền, độ cứng, các điều kiện vỀ chảy déo v.v.

Dang him mục tiêu và điều kiện rằng buộc thay đổi ủy theo kết cấu và phương phápgiải Do đó bài toán tối uu và phương pháp giải có những đặc điểm khác nhau khỉdùng phương pháp tinh khác nhau như phương pháp lực hay phương pháp chuyển vi

“Trong thực tế để tiện cho việc chế ạo và giảm giá thành, kết cầu thường được phân

thành nhiều nhóm cầu ign Các cầu kiện trong mỗi nhóm có tiết điện như nhau và mỗi

clu kiện là hình lãng trụ đều, Giả sử một kết cầu được chia thành G nhóm, một nhóm,bất kỳ kí hiệu lag, gọi tổng chiễu di của các c

tiế diện là Ag Vậy:

kiện trong nhóm là L; và diện tích

“Thể ích kết cấu:

v=dh4, G15)Trọng lượng kết cầu:

Cy là giả vật liệu trên một đơn vị trọng lượng;

Hàm C trong công thúc (2-17) là him mục tiêu v gi cá.

Nếu giá vật liệu không thay đổi trong các nhóm thì T trong công thức (2-16) li him

mục tiêu về trong lượng,

"Nếu kết cấu được chế tạo bằng một loại vật iệu thì V trong công thức (2-15) là hàm,mục tiêu về th tích,

“Trong các hảm mục tiêu ở trên có biến là diện tích tiết diện Ay, nhưng trong các điều

kiện rằng buộc về độ bền và độ cứng có biển khác nhau như mémen quán tinh của ti

da về it biến để vige tn toán được đơn giản hơn, Chẳng bạn khi chỉ ding mot biển1„ mômen chẳng uốn Wạ Nếu bài toán tối ưu gồm nhiều biển, ta cần tim cách

‘Ag ta sẽ quy đổi các biển I, và We thành biến A, Nếu chỉ dùng một bin Iz ta quy đốicác biển Ay và Wy thành I,

"Nhìn vào các bảng đặc trưng hình học của liết điện ta không thể phát hiện quy luật về

mỗi quan hệ giữa chúng Song lấy lôgari các đại lượng đó, ta sẽ phát hiện ra một quy.

luật giữa chúng như sau

1, 559°" "“Trong đó:

"Với dim tiết diện chữ I phổ thông có n = 2/3 và m = 1/2.

Đổi với hệ khung: (2-18) thay vào các biểu thức (2-15), (2-16) và 2-17), ta có:

85930 7,1? (2-19)

cans Senet

1Néu chon I, kim biến, rõ ring him mye tiêu (2-19) li bàm phi tuyén, còn chon Ay làm.

biến, các him mục tiêu (2-15), (2-16) và (

buộc lại trở thành phi tuyễn, vì từ hệ thức (2-18) ta có:

17), có dạng tuyến tính, nhưng các ring

Phương trình (2-206) có th biểu diễn gin đúng qua hệ thức uyn tính sau

A=a+bf (2-206)

Trong đó: a,b là cdc hing 6

Hình 2.1 Tuyến tính hóa hàm ACD)

“Phương pháp giải: Khi hàm mục tiéu và các điều kiện ring buộc đều có dạng phituyển, diy là bài toán quy hoạch phi tuyển Còn néu hàm mye tiêu và các rằng buộcđều là tuyển nh, đây fa bai toán quy hoạch tuyển tính Đỗ mlời gii của bãi toán nàythường dùng nhấ là phương pháp đơn hình của bài toán quy hoạch tuy tính Nếu bàioán chỉ có hai biến thi nghiệm của bài toàn có thé tìm bằng phương pháp biểu diễn

2.2.3.2 Quy tình ti a kết cấu hệ thanh trang giai đoạn din

Nội lực và chuyển vị kết cấu hệ thanh có thể xác định bằng phương pháp lực hoặcphương pháp chuyển vị, tình tự giải bài toán tối uu kết edu hệ thanh trong giải đoạnân hồi thông qua ví đụ sau:

“Thiết kể ỗi ưu giản tn định có kích thước và chịu tải wong (Hình 2.2); các thanh (1),

(2) G) cố cùng diện tích As, thanh (4) có diện tích A2, Vật liệu thép CT3 có cường độ

“chịu kéo tính toán và chịu nén tính toán R = 16 |kN/emJ Tải trong Pị = 2 [KN] và P›=40A}

Hàm mục tiêu:

`" 62p

Ring buộc về độ bền

Men, [ENieni :

Š'<R [kN'eme] 2.22)

“Giàn đã cho là giản tĩnh định nên nội lực trong các thanh không phụ thuộc vào diện

ích tiết diện các thanh gin, từ phương phip tch mt, ta cổ nội lự các thanh như sau:

Nị= 8339 [kN],667 [kN]5667 [kN]

333 [kN]

“Tic điều kiện rằng buộc về độ b ta có diện tích it diện cin thiết eda các thanh giảnchin kéo, chịu nến như sau

Ai= 8333/16 = 0,522 [em”]As= 1.667/16=0,104 [em]As= 6,667/16 = „417 fem]A= 5439/16 ~ 0,333 [em]

‘Vi các thanh (1), (2) vi (3) thuộc nhóm tiết diện Ay, côn thanh (4) thuộc nhóm tiết diện

‘Ap nên ta lấy Ay > 0,522 [em] và Az > 0,333 [em].

a

Voie khí Ai = 0,522 fe 133 [em*]

Vass= 750 ® Ai + 400 * A2= 750 * 0,522 + 400 * 0,333 = 524,7 fem").223.3 Quy tinh ti wu kétiu hệ thanh trong giai đoạn chảy dẻo

“Các giả thiết cơ bản,

iu gồm các thanh mặt cắt đều (lăng trụ).

Bỏ qua ảnh hưởng của lục đọc và lực cắt ới mômen déo của các thanh.

1g thức giữa rong lượng một đơn vị chu di thanh và mômen đềo của nó được bicdiễn ở hình 2.3 qua biểu thức sau:

g=e*Ar 2-23)

Hình 2.3 Dường quan hệ giữa trong lượng và momen dẻo.

`Với mặt cắt chữ I, a có công thức gần đúng sau:

geerMe G3)Phường tình (24) có th biểu dfn gn đúng qua bệ hức tuy tính sau đầy:

g=a+b*Mp (2-25)Trong đó

Trong đó:

L là chiều đãi thanh.

Số hạng ZaL là hing số với kết cấu đã cho, vậy G là nhỏ nhất khi XbM¿lL cực tiêu, số

hạng này được ký hiệu ix

x =Yb *M* L và được gọi li hàm mục tiêu G21)him mục tiêu được xác định theo công

‘Bai toán trọng lượng tôi ưu đưa về xét cực ti

thức (2-27) với các rằng buộc về cường độ.

Phương pháp giải và ví dụ mình họa

“Xét một dim liên tục 2 nhịp có kích thước và chịu tai trọng (Hình 2.4), Nhịp tri có

mômen déo li yu và nhịp phải có mômen déo là jo,

“Theo công thức (2-27) ta có hảm mục tiêu của bài toán như sau:

3 15T TếHình 2.4 Sơ đồ cơ cấu phá hủy đẻo.

Xác định mômen déo ụ và po của dim liên tục hai nhịp để hàm mục tiê cực tiểuPhuong tình cân bằng

4) LãM; - 05M; =60đD-M:+2M›=45

2B

Điều kiện rằng buộc:

-MiSMiSM (=1,2)vÀ weSMis ps G=2,3)

(ĐÓ mm 3u >60 @) ©)(spe wt Qw >45 ©wipe Sy = 45 @Tìm nghiệm bằng phương pháp hình học được biểu diễn trên hình 2.5

Hình 2.5 Äác định nghiệm ti ưu bằng đồ tị

Hình chiếu của dinh B lên đường thing 3u - 3u: = 0 gin g tọa độ nhất, vậy toa độ

‘cia đình B là nghiệm của bai toán:

ie = 35 [KNm] va p= 15 [Nm]

23 Nghiên cứu kết cấu dẫn nước dang giàn ống thép,

2.3.1 Tải trong tác dung lên kết cấu dẫn mưốc dang giàn Ống thép“Tai trọng tác dụng lên kết cầu dẫn nước gỗm có:

- Trọng lượng bản thân kế fu dẫn nước.

~ Ap lực nước (cô ấp).

~ Áp lục gid ở độ cao Z(m) so với mắc chun xác định theo công thức

W= Wo *k *e [đaN/cm2] 0-29)

Trong đó:

Wo - áp lực gió cơ bản theo bản đỗ phân ving áp lực gi (TCVN 2737:2006);

k- hệ số xế tới dp lực gió thay đổi theo chu caoe hệ số khí động.

Cie tài trong khác như động đất, tái trọng edu lắp khi thi công hoặc sửa chữa, lục va

chạm của vật nỗi, các lục này thì ủy từng trưởng hợp cụ thể mà xem xét

2.3.2 Phương pháp tính toán hét cấu dẫn nước dang dng thép

Đồi với kết cấu dẫn nước nhỏ có đường kính thân máng dưới 1.2 [m] hoc khi hi kếsar bộ có thể ding phường pháp "Lý thuyết dầm "để phản tích nội lục thân máng Nộidung của phương pháp này là thay bài toán tính không gian bằng hai bai toán phẳngTiêng biệt theo phương dọc và theo phương ngang kết cẩu dẫn nước, Theo lý thuyếttính toán này tì (heo phương dọc thân máng được ính như bờ toxin dằm, theo nhungang kết cầu dẫn nước được tinh như một hệ phẳng (khung phẳng) có bé rộng bằngmột đơn vi được cắt ra từ thân mắng, chịu tất cá các ải tong tác dung lên đoạn mắngđồ và được cân bằng nhờ các lực trơng hỗ của các phần ming ở hai bến

Tùy theo vị tí các khớp nỗi và mỗ đờ kết cầu dẫn nước, sơ đồ tính toán thin mángtheo phương doc có thé là một dim đơn, dim liên tục, dim một nhịp có một ho haidu thừa Nếu ống thếp là một bộ phận của giàn chịu le thì được tính toán theo hệ

Trên cơ sở mô hình tính toán kết cầu dẫn nước bằng thép dng tn kết hợp làm giảnthép bằng phương pháp phầ từ hữu hạn và ding chức năng thiết kể tối ưu kết cấuthép trong phần mm SAP2000 để chọn kích thước các thanh giản còn lại sao chotrong lượng kết cấu gin là nhỏ nhất nhưng vẫn phải thỏa mãn yêu cầu về cường độ vàđộ cứng Tìm hiểu lý thuyết tính toán kết cấu dẫn nước thường dùng hiện nay, Lýthuyết thất kế tối ưu kết sấu thép và sử đụng chức năng thiết tối uu kết cu heptrong phần mềm SAP2000 Ap đụng tinh toán kết ấu dẫn nước dang giản ống vào

sông trình thực

14 ối ưu kếh toán Ấu thép bằng SAP2000

24.1 Phương pháp thiết kể tối wu kết cầu trong SAP2000

Tỉnh toán kết cấu thép hệ thanh theo các Tiêu chuẩn thiết kế trong phần mềm

SAP2000 thường gặp hai bai toán cơ bản sau:

Bài toán kiểm tra: Kiểm tra về cường độ kết cầu hệ thanh với các sb liệu đã biết (kíchthước hình học của kết cầu, ti trong, vat liệu, ) được tiến hành như sau:

~ Xây dựng mô hình tỉnh toán và phân tích nội lục kế cầu.

~ Chọn Tiêu chuẩn thiết kế, xác định ty số giữa ứng suất tinh toán và cường độ tính.

toán của vật liệu thép làm cẩu kiện kết cấu gọi là hệ s sử đụng vật liệu hay hệ số ứng

suds nba tỷ số này lớn hơn 095 thì kế cấu không thỏa mãn diều kiện vỀ cường độ+ Cho hin thị các phân tổ không đã khả năng chịu lực

“Bài toán thiết ké: Xác định mặt cắt ngang của các phẫn tử thanh của kết cầu sao cho tỷ

số giữa ứng suất tỉnh toán và cường độ tính toán của vật iệu thép làm kết cấu xắp xỉ

bằng và nhỏ hơn 1 để cho kết cầu thỏa mãn điều kiện về cường độ, đồng thời tận dụng,

hết khả nang làm việc của vật liệu, được tiền hành như sau:

~ Xây đựng mô hình tính toán, chọn hình dạng tit diện các phần tử thanh, giá thiết sơbộ kích thước tt diện của các nhóm phin từ thanh AUTOI, AUTOR, và gin vàosắc phần từ thanh, Chương trinh ty chọn một số hiệu iết điện cho mỗi phần tổ kết cầuhệ thanh, thường là tiết diện trung bình trong nhôm phần từ thanh AUTOI, AUTO2 và

được gợi à rể qiện phân tích, San đồ cho chay chương tình phân ích nội lực kế cầu

phân tích sa.

~ Nếu không có phần tử nào có hệ số ứng suất lớn hơn 1, cập nhật ti

hệ thanh, cho chương trình chạy lại và hiển thị lại tỷ số sử dụng vật liệu của

phần tử thanh, nếu hệ số này xp xi bằng hoặc nhỏ hơn 1, ta kết thúc bài toán thiết kếtối ưu hệ thanh.

Chi thích:

1) Phân biệt Tiết điện phân tích và Tiết diện thết kể:

Các Tiết diện phân tích chỉ được hiễn thị khi nhắn chuột vào View > Set Display

Options > Chon Sections trong cột Frames > OK.

Để hiển thị Tiết diện shiér kế nhẫn Design > Xuất hiện bing Display Design Info >

“Xuất hiện bảng Design Steel Design Results > Chọn © Design Sections trong DesignInput > OK.

2) Phân tick lại ké cd với các phân tứ đã cập nhật ti diện this KỂ

“Sự thay đổi đặc trưng tiết diện của các phần tử trong bước tính hệ số sử dụng vật liệu,

chỉ làm thay di cục bộ ở pha tinh toán ứng suất Nói cách khác, việc chọn các đặc,trưng it diện chỉ ảnh hướng tới giá t ứng sult mà không làm thay đổi ni lực trongcic phn từ nhận được khi phân tích với sự thay đổi như vậy, Sự phân b lạ nội lựccủa các phn dos thay đối độ cứng có ảnh hưởng khi cho chay lạ chương tình,

2”

(Ching ta cn hoàn thiện lại mô hình phân tích, phân tích ại mô hình và hit kể lại kế

cấu, được tiền hành như sau:

~ Mở khóa chương trình > Từ menu Design > Display Design Info > Xuất hiện bảng.Design Steel Design Results > Chọn ® Design Sections trong Design Input > OK.

~ Từ menu Design > Chọn Run, ngay lp te chương tình bắt đầu tiến hành phản tích,Một cửa số nhỏ phía trên được mở a trong đó hiển tị các thông bảo về phản ích Cáckết quả sẽ khác kết quả phân tích ban đầu, v kết clu đ cập nhật thay đổi đặc trưng tidiện ở bước thiết kế > Nhắn OK đẻ đồng cửa số nhỏ này

‘Tir menu Design > Nhắn Start Design/Check of Structures Thiết kế lại kết cầu vớiiết lận thết kế và hiển tị hệ số ứng suất mới Hiệu qua của việc thay thể này là itdiện phân tích tối ưu và chuyển về khâu tự động tính hệ số sử dụng vật liệu Vì thểiệc chọn menu này là bước cuỗi cùng chúng ta en làm.

Điều này có thể giải thích thêm sau đây với ví dụ minh họa ở đưới như sau: Chương,

trình phân tích nội lực với tiết diện diện phân ch, trên cơ sở nội lực tim được nay,

chương trình tự động chọn tiết diện thiết kế để thỏa mãn điều kiện cường độ thông qua

tỷ số giữa ứng suất và cường độ tinh toán của vật liệu cầu kiện, Chương trình chưa tự

động nhập tiết diện thiết kế vào kết ấu dé phân tích lại nội lực, người sử dụng chương.

trình cin nhập tết diện thiết kế va cho chương trình chạy lại như đã nói ở trên Chúng,1a 66 thé thấy sự khác nhau chút ít sau khi cho chương trình chạy lại vi vi

kiệm khối lượng công trình.

Vin đề đầu tiên trong thiết kế tối uu kết ấu dẫn nước giản thép là phải thiết lập đượcmô hình hình học Đây là phương pháp mô phỏng công tỉnh thực tế bằng mô hình

toán học Trong đó các đại lượng đặc tưng hình học mô phòng kết cấu kết cấu dẫn

nước giàn thép.

tu hình kết cấu dẫn nước giản tlkết

Ham mye tiêu thường sử dụng trong thi

chủ yếu 66 hai loại: kinh té và an toàn Mục tiêu kinh tế trong thiết kế tối ưu kết cấu,

«lin nước giản thép là khối lượng hoặc giá thành công trình thấp nhất Mục tiêu an toàn.kết cầu dẫn nước giản thép là tương ứng một khối lượng kết cầu dẫn nước giản thép,

nhất định thì độ an toàn là cao nhất

Tiện nay hàm mục iêu thường dùng nhất là kinh 1, Diễu kiện rằng buộc thông thường.bao gdm: ring buộc hình học, ring buộc ứng suit, Trước khi yêu cầu tối ưu kết cầudẫn nước giàn thép cin tiến hành sing lọc vải điều kiện ring buộc và lựa chọn phương,

án thiết kế t‘wu, Hiện nay SAP2000 đã cung cắp phương án thiết kế tối ưu

Thiết kế tdi ưu một mục tiêu về wong lượng: Trong quả tình tối ưu, chúng không

ngùng thay đổi về iết diện cúc thanh Him sổ mục tiêu là tiêu chí đánh giá ưu và

nhược điểm của các phương án thiết kế khác nhau, thông thưởng là giá thành của kếtcấu din nước giản thép và được biểu thị dưới đây:

Co) =e*MG) 230)

Trong đá:

Mộc) là khối lượng thếp kết cầu dẫn nước giàn thép; là đơn giá của thép“Thông thường giá thành của kết cầu dẫn nước giàn thép chu yếu phụ thuộc vào khối

lượng thp, vi vậy có th lấy khối lượng thp lâm hảm số mục tiêu

Điều kiện ring buộc bao gồm: rằng buộc về hình bọc, ring buộc về ứng suất, ching

bất buộc phải thỏa mãn các quy định của tiêu chuẩn thiết kế của kết cầu dẫn nước giảnthép Xem xét đến yêu cầu thi công và bổ tí các bộ phận kết cầu, có khi vẫn edn xem.

Xét một vải yêu cầu đặc biệt trên công trình.

Ring buộc về hin học Tiết điện các anh nhỏ ht, đơn giã nhất để đơn gần thí

công gin và bổ tí trụ đỡ.

»

Ring buộc về ứng suất: Đối với ứng sut các thanh của kết cfu dẫn nước giàn thứứng suất dưới tác đụng của dp lực nước, trọng lượng bản thân thì thỏa mn điều kiện

Thiết kế tối ưu bai mục tiê về kind tẾ và an toàn:

Ma hình linh t nhất

Lấy khối lượng của kết ấu dẫn nước giản thép hoặc giá thành làm him số mục tiêu

- Khối lượng của đu dẫn nước giàn thép M(x) gia tí cục iuHàm số ring buộc g(x) 1,j = 1 ~ m Gố điều kiện rằng buộc)~ HỆ số an toàn nhỏ nhất min(x)= ko

AMö hình an tàn nhất

~ Lấy hệsố an toàn nhỏ nhất king) làm hàm số mục tiêu.

~ Hệ số an toàn nhỏ nhất kmin(x) => giá trị cực đại.

~ Hàm số răng buộc gi(s) < l,j 1 ~m (6 điều kiện ring buộc)

- Trọng lượng của kết cầu dẫn nước giản thép M(x) < Mp Đối với kết cầu dẫn nước

giàn thép lấy ứng suất làm điều kiện khống chế, công thức có thé đơn giản hóa như.

ig suất lớn nhất> giá tr cực tiễn

~ Him số ring buộc gi(x) < 1; j = 1 ~ m (số điều kiện rằng buộc)~ Khối lượng kết cầu dẫn nước giàn thép M(x) < Mb.

24.2.2 Các ví du tinh toán

Vi dụ 1, Thiết kế tốt wn đẫm liên tue

dài 6 [m] nhịp thứ bai đài (mn), Thiết kể đẫm theo Tiểu chuẩn AISC 360-10 Design

Provision LRED của Hoa KỲ,

= Dim được mô hình hóa từ kết cầu mẫu.

~ Định nghĩa và gần tải trong LL (Live Load) = 45 [kN] giữa nhịp 2 đầm (Hình 2.7)

oO œ

Hình 2.7 Mô hình hóa dim

- Chọn tết điện chữ I có số hiệu từ WS%10 đến WEx35 được thực hiện như sau: Nhẫn

‘menu Define > Section Properties > Nhắn Frames Sections > Xuất hiện bing FrameProperties > Nhắn Import New Property > Xuất hiện bing Import Frame SectionProperty > Nhắn VWide Frame > Xuất hiện bảng Section Property File > ChọnSECTIONS PRO > Xuất hiện bảng CÀ Program File \ Computers and > Chọn.A992F,50 tròng cửa sé nhỏ Material > Nhẫn chuột vào mii tên dưới hing này dé cuỗndanh sách các số hiệu thép lên và chon W810 > An Shift > Tiếp tục kéo danh sich lênvà chon W835 > OK Các tất diện mới nhập vào được cộng với các tết diện đã có

trước trong danh sách của bảng Frame Properties

= Nhẫn nút Add New Property

chuột vio Auto Select List > Xuất hiện bing Auto Select Sections (Hình 2.8) >Xuất hiện bảng Add Frame Section Property > NhắnChấp nhận Auto Section Name: AUTOI > Trong hình 2.8 dùng phim Shift chọn sốhiệu thép từ WRx10 đến WEx35 ở cửa số tái

ủy sang Auto Seetions ở của số phải như ở bình 2.8 > OK,

Nhấn Add Chuyển các số hiệu thép,

31